衛星傳輸技術,現代戰爭勝負的重要因素,獲得制信息權的最佳利器

"眼有明兮耳有聰,能於千里決雌雄。神機才動情先洩,密計方行事已空。"這是《封神演義》第90回開頭的一首詩,讚頌的是兩個十分神奇的人:一個叫高明,外號"千里眼",能看千里之遙;一個叫高覺,外號"順風耳",能聽千里之遠。由於他倆有如此神通,遂對姜子牙的設計、佈陣一清二楚,結果把所向披靡的西周軍隊打敗了好幾回。姜子牙不得不用"紅旗招展"和"鑼鼓齊鳴"的辦法施加干擾,才敢議論軍機大事。這當然是一個神話。然而,在衛星通信問世之後,這一神話奇蹟般地變成了現實。

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聯合國軍士兵正在使用海事衛星電話

今天,人們憑藉衛星電話可以聽到地球上任何地方的聲音,憑藉衛星電視能看到地球上的任何角落,憑藉電視電話還可耳聞目睹對方的音容笑貌。衛星通信這一新型的通信手段,克服了地域的阻礙和千山萬水的限制,不但為人們交往提供了便捷的通信工具,更重要的是,它為軍事上提供了傳遞信息、分析敵情的絕妙手段,成了軍事指揮員名符其實的"千里眼"、"順風耳"。

一、衛星通信的發展

自從無線電報問世以來,軍隊便將無線電通信視為掌上明珠,並想方設法不斷加以發展,以便更有效地為軍事鬥爭服務。現代條件下作戰,要求通信手段要儘可能通得"快"、"好"、"多"、"遠"。"快",是說通信時效性要高,必須適應戰場變化急劇、作戰進程快的特點;"好",是指通信質量要高,必須適應複雜的電磁環境;"多"是指通信容量要大,必須適應諸軍兵種參戰的指揮需要;"遠"是對通信距離而言,必須適應遠距的越級指揮。面對這些苛刻的要求,無線電通信家族的無線電臺、無線電接力和散射通信等成員真是一籌莫展。

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能不能想一種辦法,把接力站搬到宇宙空間去呢?最早提出這一設想的是英國空軍的一位叫阿瑟·C·克拉克的軍官,1945年10月,他在英國《無線電》雜誌上發表了一篇題為《地球外的中繼站》的文章。不過,要把接力站搬到太空去,也並非是輕而易舉的事情。為此,科學家們曾進行了多方面的探索和近20年的艱苦努力,終於在1962年實現了這個願望。

第一顆能將從地面傳來的信號放大後轉發的通信衛星叫"中繼1號"。它是美國在1962年12月13日發射的。就是這顆衛星,在次年11月23日進行美、日兩國間電視轉播試驗時,及時地播放了肯尼迪遇刺的重大新聞,因而給人們留下了極為深刻的印象。一般認為,19"年4月6日世界上第一顆半試驗、半實用的衛星"晨鳥號"的發射成功,標誌著衛星通信時代的開始。

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美軍通信衛星

目前,用於通信的衛星多被髮射到離地球赤道36000km的高空,運行在一個繞地球旋轉的圓形軌道上。它們繞地球一週所需的時間約為24h,正好與地球自轉的週期相同,因而我們從地球上觀察這些衛星,就像是靜止的一樣。"靜止衛星"也就因此而得名。

通信衛星居高臨下,所發射的電波能將地球表面40%的地域覆蓋。因此,三顆等間隔分佈在大西洋、太平洋和印度洋上空的通信衛星,其電波幾乎能將整個地球覆蓋起來。正是基於這樣的一個原理,只需三顆通信衛星,便能實現全球通信。

可以說,衛星通信是微波接力通信向太空的延伸,是在微波接力通信技術和空間技術的基礎上發展起來的一門新興的通信技術,是這兩大技術互相結合的產物。通信衛星則是設在太空的無人值守的微波接力站。

二、衛星通信的結構

衛星通信是指車輛、艦船、飛機及單兵在運動中利用衛星作為中繼器進行的通信。

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通信衛星系統

衛星通信系統由通信衛星網、測控站、網管和眾多的移動站組成。通信衛星可利用具有大型天線的大型同步軌道衛星,也可利用眾多中、低軌道運行的小型衛星。測控站對衛星的定點位置或運行軌道測量跟蹤和進行控制管理。網管站是本系統和其它通信網絡連接的樞紐。網絡管理中心協調各站的正常工作,以保證本衛星通信網正常運轉。系統中可以有不同類型的移動站。

在航空衛星通訊機載站的使用上,20世紀80年代以來,隨著超大規模集成電路、微波固態功率放大器、高增益低旁瓣小型天線和分組交換技術的發展,VSAT衛星通信廣泛應用於地空衛星通信。VSAT衛星通信是指一類具有甚小口徑天線的小型遠端小站與一個大型中心站協同工作,組成一個VSAT衛星通信網。

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VSAT衛星通信網的組成

小站可做得很小、很簡單,便於裝在軍用飛機上,能進行話音、數據、傳真、圖像等業務的通信。VSAT地空衛星通信最大缺點是信號經過兩跳(用戶—星體—中心站—星體—用戶),時延較長,一問一答延遲時間達1.1s。由於飛機在做高速運動,因此機載遠端站的天線必須首先要滿足飛機空氣動力學方面的要求,另外還要求天線能自動跟蹤、多普勒頻移校正和考慮機上電磁兼容等問題。

衛星通信的工作頻段選擇是一個十分重要的問題,必須考慮其電波應能穿過電離層,傳播損耗和其它附加損耗應儘可能小,同時具有較寬的可用頻段以及技術可行性。在衛星移動通信系統中,移動站一般使用低增益寬波束,它接收到的來波有直射波、地面反射波和散射波。這三種來波合成,會使移動站接受信號電平發生相當大的隨機起伏,產生所謂的"多徑衰落",多徑衰落嚴重時可使通信中斷。

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靜止軌道(geo)衛星與低軌道(leo)衛星

衛星通信系統有不同的分類方法。按衛星波束覆蓋區域,可分為區域性衛星移動通信系統和全球衛星移動通信系統;按服務對象,可分為陸地衛星移動通信系統、航海衛星移動通信系統和航空衛星移動通信系統:按所用通信衛星的類型來分,可分為靜止軌道(GEO)衛星移動通信系統和中/低高度軌道(MEO,LEO)衛星移動通信系統,而目前中/低高度軌道在衛星移動通信系統中發展最為顯著。

無論GEO, MEO或LEO衛星通信的發展體現了本世紀末衛星通信的兩個特點:一是面向移動電話服務,亦即窄帶話音/數據服務的低軌(LEO)衛星應用;二是面向高速率信息高速公路的寬帶數據服務,亦即Ka和Ku頻段的低軌(LEO)衛星應用。但應注意到,在發展區域性移動電話和數據業務時,仍然不能忽視靜止衛星CGEO)的成熟技術和有利條件,GEO衛星系統仍將平行地發展。

三、未來的戰術通信衛星

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海灣戰爭中的美軍戰機

當前的國際形勢表明,打世界大戰,尤其是打核大戰的可能性越來越小,但局部戰爭日漸增多,所以,未來作戰對戰術通信的需求日益增大。在海灣戰爭中,儘管美國和北約動用了所有軍用乃至商用通信衛星,但仍未能滿足戰場需求,原因是這些衛星的容量有限、抗干擾能力差,只能用於軍團級以上,無法解決戰區之間的廣泛聯絡和指揮控制問題。

  • (一)新一代"軍事星"

對美國來說,要把以前陳兵歐洲的局面轉變到以美國本土為基地,就至少有25%的兵力具有全球應急能力,以適應各種作戰環境。要做到這一點,其關鍵是要有強大的戰術通信能力,靠快速、可靠和超視距的戰術通信衛星迅速集結和遠征。理論和實戰均已證明,戰術通信衛星再加上各種小型、輕量、便攜式移動通信終端,將成為未來軍事通信的重要組成部分。

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美軍第二代"軍事星"

所以,美國軍方正急切等待裝有中速率有效載荷的第二代"軍事星"早日升空。它比第一代"軍事星"的通信容量增加了10。倍,而且一個新用戶只需幾分鐘就能與衛星聯通,並有軌道機動能力,這些對實戰非常有用。它不依賴地面站,用戶接收終端天線的直徑可小到14cm,使全球任何一地的美軍能與戰術指揮官聯繫,進行各種情況下的戰術指揮。例如,用於傳輸偵察衛星的圖像,給美軍飛機下命令;能防截聽,特別適合於潛艇使用。該星將主要為美國海軍和陸軍提供話音通信,為國防部和有關指揮當局傳送圖像數據,也為小型戰術部隊服務。它綜合了DSCS-3,UFO和第一代"軍事星"各自的優點,能在不同的終端平臺之間提供前所未有的互通能力,使生成和分發命令的時間由過去的幾小時縮短為幾分鐘。在海灣戰爭期間,由於缺乏衛星通信能力,美國空軍有時不得不依靠飛機及人工拷貝方式,將有關命令傳送、分發給部隊。

簡言之,"軍事星"系統是20世紀90年代後期和21世紀初美國軍用通信網絡的基礎,是美國指揮、控制與通信系統中最重要的發展項目,與80年代美國發展洲際導彈計劃的重要性相當,它被評為20世紀90年代世界空間舞臺的十大明星之一。

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先進極高頻(aehf)衛星系統

美國現又開始研製第3代"軍事星",它又稱"先進極高頻系統",即對極高頻頻段技術進行改進,其中包括星上有效載荷處理技術、60GHZ星間鏈路技術、輕型多功能通信天線的組合陣列和寬帶頻率合成技術等。其星座包括4顆可相互交叉通信的衛星,它們覆蓋南北緯65度間的廣大地區,每顆星有50多個信道,傳輸速率最高可達500 Mbit/s, 2006年開始發射。該星比前兩代"軍事星"體積小,但能處理更多的通信數據,尤其是其成本大大下降,故是未來戰術部隊的生命線。

  • (二)全球廣播系統

現代信息戰包含信息獲取、傳輸和加工3個環節,目前最弱的是中間一環節傳輸,它已成為軍用通信系統的"瓶頸"。1993年,美國商用數字電視直播衛星的問世,給軍用通信衛星的發展提供了新思路。為了給美軍提供革命性的信息戰能力,美國於1995年決定發展"全球廣播系統"(GBS)。它不替代美軍現有的通信衛星系統,而是通過把大量信息快速分發給用戶的服務,來擴展現有通信衛星的能力。

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"全球廣播系統"(GBS)

其工作方式與商用電視直播衛星類似,是一種高速單向的廣播通信系統,可直接向世界各地的戰區作戰人員提供大量信息,有"智能推"和"用戶取"兩種服務方式,前者把新聞、天氣等標準節目和戰區通報等定期播發,後者是部隊"點播"的特殊信息。這兩種工作方式的組合有巨大潛能,可極大提高聯合作戰部隊的戰鬥力,增加信息傳遞速度。其寬頻帶及高速傳輸能力,可使大型作戰文件的傳輸由過去幾小時變為現在幾秒鐘,因而能協同美國海軍的巡航導彈在發射前的最後l min進行最終目標修正;也可把來自衛星或無人飛機的各類數據傳送給遠航的艦艇,而目前的海軍通信衛星要達到這種能力還比較勉強。

在海灣戰爭時,特別詳細的作戰命令必須用飛機運到航母上,而同樣詳細的作戰命令若用GBS則可在一分鐘內送達。

GBS最顯著的特點就是有極強的戰術用戶支持能力和多點廣播能力。戰術用戶通過便攜式終端,就能隨時隨地得到各類大量信息,從而大大提高信息保障能力,掌握戰爭的主動權。因此,它可稱得上是超豪華神經系統。

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海灣戰爭中的美軍

GBS計劃分3個階段實施:第1階段是在商用衛星上試驗第2階段是在3顆UFO衛星上裝GBS轉發器第3階段是發射專用GBS衛星。現已完成第2階段,並投入實戰,例如在空襲南聯盟行動中,美國利用UFO-9的GBS轉發器,從本土向戰區傳送了大量偵察情報和後勤保障信息。

未來軍用通信衛星的發展趨勢是:採用更高的頻段,更完善的星上處理技術,使星上天線更好地適應戰術變化的需求,提供靈活的覆蓋範圍和抗干擾性,具備為生存而重構網絡的能力,以及更有效的按需分配技術和抗輻射、抗實際攻擊的能力。選擇更高頻段可使天線波束變窄,頻帶寬,實現跳頻範圍大,減少信息被截和受干擾的可能性,使地面天線等設備小型化,通信終端更加機動靈活。採用星上計算機處理技術可使衛星能獨立運行,並根據需要改變衛星軌道位置,更有效地傳送衛星數據。

總之,在現代戰爭中,通信已成為事關戰爭勝敗的重要戰略因素,交戰雙方誰先獲得制信息權誰就佔據主動權,而軍用通信衛星則是傳輸信息的最佳利器,其價值連城,前景十分廣闊。


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